(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210919438.4 (22)申请日 2022.08.02 (71)申请人 北京师范大学 地址 100044 北京市海淀区新 街口外大街 19号 (72)发明人 李永平　徐志鹏　 (74)专利代理 机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 1 1246 专利代理师 张文宝 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种考虑气候与土地利用变化的流域径流 集合预报方法 (57)摘要 本发明公开了属于水文预报技术领域的一 种考虑气候与土地利用变化的流域径流集合预 报方法。 该方法包括步骤A： 收集研究流域的地理 数据、 水文气象数据以及人类活动资料； 步骤B： 设定并模拟未来土地利用和未来气候变化数据 作为研究流域未来土地利用及未来气候变化情 景； 步骤C： 根据历史时期水文资料， 建立研究流 域的分布式水文模型SWAT并率定模型参数， 之后 在不同未来土地利用和气候变化情景下运行已 校准的水文模 型， 得到不同影 响下未来径流的变 化范围， 并分析量化土地利用和气候变化对未来 径流变化的影 响程度。 本发明可以初步判断研究 流域中影 响径流改变的主要因素， 从而为未来水 资源管理利用提供一定的科 学依据。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 115238513 A 2022.10.25 CN 115238513 A 1.一种考虑气候与土地利用变化的流域径流集合预报方法， 其特征在于， 该方法包括 以下步骤： 步骤A： 收集研究流 域的地理数据、 水文气象数据以及人类活动资料； 步骤B： 根据步骤A收集的人类活动资料， 设定并模拟未来土地利用和未来气候变化数 据作为研究流 域未来土地利用及未来气候变化情景； 步骤C： 根据历史时期水文资料， 建立研究流域的分布式水文模型SWAT并率定模型参 数， 之后在不同未来土地利用和气候变化情景下运行已校准的水文模型， 得到不同影响下 未来径流的变化范围， 并分析量 化土地利用和气候变化对未来径流变化的影响程度。 2.根据权利要求1所述考虑气候与土地利用变化的流域径流集合预报方法， 其特征在 于， 所述步骤A中的地理数据包括流域范围、 高程和坡度； 水文气象数据包括流域历史时期 径流量、 降水和气温。 3.根据权利要求1所述考虑气候与土地利用变化的流域径流集合预报方法， 其特征在 于， 所述步骤B中模拟未来土地利用的模 型为CA‑Markov模型； 所述CA ‑Markov模型的应用过 程包括以下步骤： 步骤B1： 根据已有的两个不同时间的土地利用数据， 由Markov模型生成各个土地利用 类型的状态转移 概率矩阵， 然后根据状态转移 概率矩阵计算每种土地利用类型在下一阶段 的面积和占比； 步骤B2： 根据土地利用变化驱动因素及其权重生成每个元胞的条件概率图像， 其中权 重由CA滤波器构建得到； 步骤B3： 基于条件概率图像中指定的土地利用类型变化规则， 将状态转移概率矩阵中 得到的每种土地利用类型变化后的面积分配到模拟得到的土地利用数据图中， 从而生成由 CA‑Markov模型模拟得到的土地利用情景 结果； 步骤B4： 根据Kap pa指数验证模型的准确性。 4.根据权利要求1所述考虑气候与土地利用变化的流域径流集合预报方法， 其特征在 于， 所述步骤B中未来气候变化情景为基于GC M模型的高精度再分析 数据。 5.根据权利要求1所述考虑气候与土地利用变化的流域径流集合预报方法， 其特征在 于， 所述步骤C具体包括以下子步骤： 步骤C1： 将不同未来土地利用和气候变化情景进行组合， 作为水文模型输入数据来模 拟径流序列， 并将模拟出 的径流最大及最小序列作为未来径流的变化范围的上下限， 同时 比较判断未来 不同土地利用和气候变化情景对径流改变的综合影响； 步骤C2： 将历史时期土地利用数据与未来气候情景结合， 利用水文模型模拟径流过程， 并将该径流模拟序列与历史时期径流序列之差作为不同气候变化条件所引起的径流改变； 同理， 将历史时期气象数据与未来土地利用情景结合， 并将该条件下水文模型 的模拟径流 序列与历史时期径流序列之差作为不同土地利用变化条件所引起的径流改变， 以此判断不 同土地利用和气候变化条件 对径流改变的独立影响。 6.根据权利要求1所述考虑气候与土地利用变化的流域径流集合预报方法， 其特征在 于， 所述步骤C中的分布式水文模型SWAT为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115238513 A 2式中， SWt和SW0分别是t时刻和初 始的土壤水分， T是计算周期， i是时间点， Rday、 Qsuff、 Ea、 Wseep和Qgw分别是时间i的降水量、 地表 径流、 蒸发量、 渗透量和地下 水出流量。 7.根据权利要求1或6所述考虑气候与土地利用变化的流域径流集合预报方法， 其特征 在于， 所述 步骤C中率定模型参数的目标函数为： 式中， 指第t时刻的观测值， 指第t时刻的模拟值， 表示观测值的平均值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115238513 A 3